DE69106982T2

DE69106982T2 - Surface cleaning process of articles with liquid cryogen.

Info

Publication number: DE69106982T2
Application number: DE69106982T
Authority: DE
Inventors: Satish S Tamhankar; William R Weltmer
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2011-07-16
Also published as: PL172020B1; EP0474345A3; DE69106982D1; US5028273A; JPH04244282A; EP0474345B1; EP0474345A2; ES2067157T3; RU2052302C1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Oberflächenreinigen von Gegenständen, indem ein Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen entfernt wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf solch ein Verfahren, in welchem der Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen durch die Verwendung eines flüssigen Kryogenmittels entfernt wird.The present invention relates to a method for surface cleaning of articles by removing surface particulate matter from the articles. In particular, the present invention relates to such a method in which the surface particulate matter is removed from the articles by the use of a liquid cryogenic agent.

Ein unerwünschter Oberflächenpartikelstoff ist auf Gegenständen entweder zu Anfang vermöge ihrer Herstellung oder nach einer Herstellung während eines Verpackens, einer Lieferung und Verwendung der Gegenstände vermöge einer Oberflächenverschmutzung vorhanden. Zum Beispiel besteht ein gewöhnlicher Katalysator aus einem pelletisierten Material, welches aus Nickel und Silika gebildet wird. Nach der Präparation von solch einem Katalysator werden kleine Partikel von Nickel und Silika auf den Oberflächen der Körner bzw. Pellets gefunden. Ein anderes Beispiel sind pelletisierte Adsorptionsmittel, die aus einem Kohlenstoff-Molekularsiebmaterial, Zeolithmaterial und etc. gebildet werden. Oft wird solch ein pelletisiertes Adsorptionsmittel mit kleinen Partikeln des Adsorptionsmittels gebildet, die sich an die Oberflächen der Körner bzw. Pellets heften. Zusätzlich sammeln kleine mechanische Komponenten, wie sie in Uhrwerkmechanismen und dergleichen gefunden werden, Partikelverunreinigungen auf ihren Oberflächen während eines Gebrauchs.Undesirable surface particulate matter is present on articles either initially due to their manufacture or after manufacture during packaging, delivery and use of the articles due to surface contamination. For example, a common catalyst consists of a pelletized material formed from nickel and silica. After preparation of such a catalyst, small particles of nickel and silica are found on the surfaces of the grains or pellets. Another example is pelletized adsorbents formed from carbon molecular sieve material, zeolite material, and etc. Often such a pelletized adsorbent is formed with small particles of the adsorbent adhering to the surfaces of the grains or pellets. In addition, small mechanical components such as those found in clockwork mechanisms and the like collect particulate contaminants on their surfaces during use.

Das Oberflächenpartikelmaterial ist in dem Fall von Katalysatoren und Adsorptionsmitteln unerwünscht, weil, wenn das Adsorptionsmittel oder der Katalysator in Gebrauch ist, der Oberflächenpartikelstoff schließlich Ventile, Filter, etc. verstopfen kann. Es versteht sich, daß der Oberflächenpartikelstoff von mechanischen Komponenten von Mechanismen entfernt werden muß, um das fortgesetzte Arbeiten derartiger Mechanismen sicherzustellen.The surface particulate matter is undesirable in the case of catalysts and adsorbents because, when the adsorbent or catalyst is in use, the surface particulate matter can eventually clog valves, filters, etc. It will be appreciated that the surface particulate matter must be removed from mechanical components of mechanisms to ensure the continued operation of such mechanisms.

Nach dem Stand der Technik werden pelletisierte Katalysator- und Adsorptionsmittelmaterialien durch eine Bett-Fluidisierung gereinigt. In einer Bett-Fluidisierung wird ein Gas durch ein Bett geschickt, welches solche pelletisierten Materialien enthält Der kleine Oberflächenpartikelstoff steigt normalerweise höher als die größeren Körner bzw. Pellets, um zuzulassen, daß der Partikelstoff bei dem oberen Ende des Bettes in einem Beutelgehäuse gesammelt wird. Pelletisierte Materialien werden ebenfalls gereinigt, indem die Materialien über einem Sieb geschüttelt werden. Dieses letztgenannte Verfahren ist ineffektiv und kann die zu reinigenden Gegenstände beschädigen. Ein anderes Verfahren nach dem Stand der Technik zum keinigen von Adsorptionsmitteln, Katalysatoren als auch kleinen mechanischen Komponenten arbeitet mit Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Wasser. Hier besteht ein Problem darin, daß es oft schwierig ist, den Gegenstand nach einer Reinigung des Gegenstandes zu trocknen. Zusätzlich können einige Adsorptionsmittel und Katalysatoren durch Lösungsmittel beschädigt werden.In the prior art, pelletized catalyst and adsorbent materials are purified by bed fluidization. In bed fluidization, a gas is passed through a bed containing such pelletized materials. The small surface particulate matter normally rises higher than the larger pellets to allow the particulate matter to be collected at the top of the bed in a bag housing. Pelletized materials are also purified by shaking the materials over a screen. This latter This method is ineffective and can damage the objects being cleaned. Another prior art method for cleaning adsorbents, catalysts and small mechanical components uses solvents such as water. One problem here is that it is often difficult to dry the object after cleaning the object. In addition, some adsorbents and catalysts can be damaged by solvents.

Im Gegensatz zum Stand der Technik schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen eines Oberflächenpartikelstoffs von Gegenständen, das einfacher ist, weniger Schaden verursacht und weniger teuer als Reinigungsverfahren nach dem Stand der Technik ist und zusätzlich keine Lösungsmittel, wie zum Beispiel Wasser, verwendet.In contrast to the prior art, the present invention provides a method of removing surface particulate matter from objects that is simpler, causes less damage and is less expensive than prior art cleaning methods and, in addition, does not use solvents such as water.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen von Gegenständen durch Entfernen eines Oberflächenpartikelstoffs gekennzeichnet durch die Schritte, daß:According to the present invention, a method for cleaning articles by removing a surface particulate matter is characterized by the steps of:

die Gegenstände in ein Bad eines flüssigen Kryogenmittels eingetaucht werden, in welchem das flüssige Kryogenmittel zuerst ein Filmsieden durchläuft und dann ein Blasensieden durchläuft bei den Oberflächen der Gegenstände wegen einer Temperaturspanne zwischen einer Siedepunkttemperatur des Kryogenmittels und einer Temperatur der Gegenstände beim Eintauchen und der Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen während des Blasensiedens des flüssigen Kryogenmittels getragen bzw. entfernt wird; undthe articles are immersed in a bath of liquid cryogen in which the liquid cryogen first undergoes film boiling and then nucleate boiling at the surfaces of the articles due to a temperature range between a boiling point temperature of the cryogen and a temperature of the articles upon immersion and the surface particulate matter is carried or removed from the articles during nucleate boiling of the liquid cryogen; and

die Gegenstände aus dem Bad des flüssigen Kryogenmittels entfernt werden, nachdem die Gegenstände ein thermisches Gleichgewicht mit dem flüssigen Kryogenmittel erreicht haben;the articles are removed from the liquid cryogen bath after the articles have reached thermal equilibrium with the liquid cryogen;

die Gegenstände bei einer ausreichenden Pate eingetaucht werden, so daß ein Filmsieden des flüssigen Kryogenmittels bei Oberflächen aller Gegenstände auftritt, bevor ein Blasensieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen von irgendeinem der Gegenstände auftritt; undthe articles are immersed at a temperature sufficient to cause film boiling of the liquid cryogen to occur at surfaces of all of the articles before nucleate boiling of the liquid cryogen to occur at surfaces of any of the articles; and

die Gegenstände getragen werden, während sie in das Bad des flüssigen Kryogenmittels eingetaucht sind, so daß sich die Gegenstände oberhalb des Bodens des Bades des flüssigen Kryogenmittels befinden und daher der Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen frei fällt.the articles are carried while immersed in the liquid cryogen bath so that the articles are above the bottom of the liquid cryogen bath and therefore the surface particulate matter falls freely from the articles.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Oberflächenreinigen von Gegenständen, indem ein Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen unter Verwen dung eines Bades eines flüssigen Kryogenmittels entfernt wird. Das flüssige Kryogenmittel besitzt eine Siedepunkttemperatur unterhalb der der Gegenstände, so daß bei Berührung mit den Gegenständen das flüssige Kryogenmittel bei den Oberflächen der Gegenstände zuerst ein Filmsieden durchlaufen wird und dann ein Blasensieden durchlaufen wird. Die Gegenstände werden in das Bad des flüssigen Kryogenmittels eingetaucht, so daß die Gegenstände untergetaucht sind.The present invention provides a method for surface cleaning of articles by removing surface particulate matter from the articles using a bath of liquid cryogen. The liquid cryogen has a boiling point temperature below that of the articles so that when the liquid cryogen comes into contact with the articles, the surfaces of the articles will first undergo film boiling and then nucleate boiling. The articles are immersed in the bath of liquid cryogen so that the articles are submerged.

Während des Eintauchens wird sichergestellt, daß die Gegenstände bei einer ausreichenden Rate derart eingetaucht werden, daß ein Filmsieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen aller Gegenstände auftritt, bevor ein Blasensieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen von irgendeinem der Gegenstände auftritt. Die Gegenstände werden eingetaucht gelassen, so daß ein Blasensieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen all der Gegenstände auftritt. Während der Periode des Blasensiedens wird der Oberflächenpartikelstoff von den Oberflächen der Gegenstände und in das Bad des flüssigen Kryogenmittels getragen bzw. befördert. Während des Eintauchens der Gegenstände in das flüssige Kryogenmittel wird das Beförderungsmittel getragen, so daß die Gegenstände oberhalb des Bodens des Bades beabstandet sind, damit der Oberflächenpartikelstoff, der von den Gegenständen getragen wird, auf den Boden des Bades fällt. Die Gegenstände werden dann aus dem flüssigen Kryogenmittel entfernt, nachdem sie ein thermisches Gleichgewicht mit dem flüssigen Kryogenmittel erreicht haben.During immersion, it is ensured that the articles are immersed at a sufficient rate such that film boiling of the liquid cryogen occurs at the surfaces of all of the articles before nucleate boiling of the liquid cryogen occurs at the surfaces of any of the articles. The articles are left immersed so that nucleate boiling of the liquid cryogen occurs at the surfaces of all of the articles. During the period of nucleate boiling, the surface particulate matter is carried from the surfaces of the articles and into the bath of liquid cryogen. During immersion of the articles in the liquid cryogen, the carrier is carried so that the articles are spaced above the bottom of the bath so that the surface particulate matter carried by the articles falls to the bottom of the bath. The items are then removed from the liquid cryogen after they have reached thermal equilibrium with the liquid cryogen.

In dem Fall, daß das Verfahren bei einer atmosphärischen Umgebung ausgeführt wird, wird, nachdem die Gegenstände aus dem flüssigen Kryogenmittel entfernt sind atmosphärische Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Gegenstände kondensieren, während sich die Gegenstände auf Raumtemperatur erwärmen. Dies ist bei Gegenständen unerwünscht, die gegenüber Feuchtigkeit empfindlich sind, ebenso wie für Gegenstände, die schwierig zu trocknen sind, wie zum Beispiel pelletisierte Katalysator- und Sieb-Materialien. Um eine derartige Kondensation von Feuchtigkeit zu verhindern, wird eine Umgebung bereitgestellt, die im wesentlichen frei von Feuchtigkeit ist, und es wird zugelassen, daß sich die Gegenstände in einer derartigen Umgebung erwärmen, um die Kondensation von Feuchtigkeit auf den Gegenständen zu verhindern.In the event that the process is carried out in an atmospheric environment, after the articles are removed from the liquid cryogen, atmospheric moisture will condense on the outer surface of the articles as the articles warm to room temperature. This is undesirable for articles that are sensitive to moisture, as well as for articles that are difficult to dry, such as pelletized catalyst and screen materials. To prevent such condensation of moisture, an environment that is substantially free of moisture is provided and the articles are allowed to warm in such an environment to prevent condensation of moisture on the articles.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren der beiliegenden schematischen Zeichnung beschrieben werden, in welcher:Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the figures of the accompanying diagrammatic drawing, in which:

Figur 1 einen Beförderungskorb und eine Schnittansicht eines Bades eines flüssigen Kryogenmittels veranschaulicht, welche beim Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden; undFigure 1 shows a transport basket and a sectional view of a bath of liquid cryogenic means used in carrying out a method according to the present invention; and

Figur 2 den Beförderungskorb und eine Schnittansicht eines Behälters mit einer feuchtigkeitsfreien Umgebung veranschaulicht, die beim Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.Figure 2 illustrates the transport basket and a sectional view of a container with a moisture-free environment used in carrying out a method according to the present invention.

Nach den Figuren ist ein Gerät 10 zum Reinigen von Oberflächen von Gegenständen 12 vorgesehen, indem ein Oberflächenpartikelstoff von den Gegenständen 12 gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt wird. Das Gerät 10 enthält ein flüssiges Kryogenmittel 14, welches innerhalb eines isolierten Behälters 16 mit einer oberen Öffnung 18 enthalten ist, um ein Bad eines flüssigen Kryogenmittels zu bilden. Das flüssige Kryogenmittel 14 kann irgendein flüssiges Kryogenmittel aufweisen, das chemisch nicht-reaktiv mit den zu reimgenden Gegenständen 12 ist. Vorzugsweise enthält das flüssige Kryogenmittel 14 Stickstoff, weil er im wesentlichen chemisch träge ist und im Gegensatz zu anderen Kryogenmitteln, nämlich Argon, billig ist. Obwohl flüssiger Sauerstoff verwendet werden könnte, würde sein Gebrauch wegen seiner chemisch reaktiven Natur gefährlich sein.Referring to the figures, an apparatus 10 is provided for cleaning surfaces of objects 12 by removing surface particulate matter from the objects 12 in accordance with the present invention. The apparatus 10 includes a liquid cryogen 14 contained within an insulated container 16 having a top opening 18 to form a bath of liquid cryogen. The liquid cryogen 14 may comprise any liquid cryogen that is chemically non-reactive with the objects 12 to be cleaned. Preferably, the liquid cryogen 14 comprises nitrogen because it is substantially chemically inert and is inexpensive, unlike other cryogens, namely argon. Although liquid oxygen could be used, its use would be hazardous due to its chemically reactive nature.

Die Gegenstände werden in den und aus dem isolierten Behälter 16 durch die obere Öffnung 18 davon mittels eines Drahtgeflecht-Beförderungskorbs 20 mit einem Haltegriff 22 befördert. Das Drahtgeflecht sollte so ausgewählt werden, daß die Gegenstände 12 davon abgehalten werden, durch die Öffnungen 24, welche zwischen den Drähten des Korbs gebildet sind, zu fallen, während gleichzeitig zugelassen wird, daß ein Kryogenmittel 14 in das Innere des Beförderungskorbs 20 von den Seiten und dem Boden davon eindringt, um die Gegenstände 12 zu umgeben. Wie durch die Fachleute richtig eingeschätzt werden kann, könnte ein Beförderungskorb 20 aus einem perforierten Metalltafelmaterial gebildet werden. Zusätzlich könnte anstelle des Beförderungskorbs 20 und isolierten Behälters 16 ein perforierter Beförderungsgürtel, der durch eine isolierte Wanne läuft, verwendet werden, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer kontinuierlichen Weise auszuführen.The articles are conveyed into and out of the insulated container 16 through the top opening 18 thereof by means of a wire mesh conveyor basket 20 having a handle 22. The wire mesh should be selected to prevent the articles 12 from falling through the openings 24 formed between the wires of the basket while simultaneously allowing a cryogenic agent 14 to penetrate into the interior of the conveyor basket 20 from the sides and bottom thereof to surround the articles 12. As will be properly appreciated by those skilled in the art, a conveyor basket 20 could be formed from a perforated metal sheet material. Additionally, in place of the conveyor basket 20 and insulated container 16, a perforated conveyor belt running through an insulated tub could be used to carry out the process of the present invention in a continuous manner.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Beförderungskorb 20 und daher die Gegenstände 12 in das flüssige Kryogenmittel 14 eingetaucht, so daß die Gegenstände 12 in dem flüssigen Kryogenmittel 14 untergetaucht sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann unter Bedingungen einer Umgebungsatmosphäre ausgeführt werden. Beispielsweise weisen die Gegenstände eine Anfangstemperatur von etwa der Raumtemperatur, gewöhnlich etwa 294 Grad K, auf. Wenn die Gegenstände in das flüssige Kryogenmittel, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff mit einer Temperatur von etwa 77 Grad K, eingetaucht werden, tritt zuerst ein Filmsieden des flüssigen Kryogenmittels bei den äußeren Oberflächen der Gegenstände 12 auf, und danach tritt ein Blasensieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen der Gegenstände 12 auf. Während des Blasensiedens wird der Oberflächenpartikelstoff, der durch eine Bezugsziffer 27 bezeichnet wird, von den Gegenständen und durch Öffnungen 24 des Beförderungskorbs 20 und in das flüssige Kryogenmittel 14 getragen bzw. befördert. Der Oberflächenpartikelstoff 27 fällt dann auf den Boden des isolierten Behälters 16. Im Hinblick darauf ist der Beförderungskorb 20 mit drei oder mehr Füßen 26 versehen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Beförderungskorb 20 mit vier Füßen 26 (von welchen nur zwei in den Ansichten der Figuren 1 und 2 gesehen werden können) versehen, um den Beförderungskorb 20 zu tragen, so daß die Gegenstände 12 oberhalb des Bodens des isolierten Behälters 16 beabstandet sind. Eine derartige Trageanordnung des Beförderungskorbs 20 gestattet, daß das flüssige Kryogenmittel 14 mit der Unterseite der am weitesten unten gelegenen Gegenstände 12 in Berührung kommt, und gestattet ebenfalls, daß sich der Oberflächenpartikelstoff 27 bei dein Boden des isolierten Behälters 16 und somit in einem Abstand von den Gegenständen 12 sammelt. Es ist zu bemerken, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung insbesondere bei der Reinigung von Edelmetallkatalysatoren, wie zum Beispiel Platin, vorteilhaft ist, weil der Oberflächenpartikelstoff 27 von dem Boden des isolierten Behälters 16 zu einem späteren Zeitpunkt zurückgewonnen werden kann. Nach dem Ende des Blasensiedens das heißt die Gegenstände 12 befinden sich in einem thermischen Gleichgewicht mit dem Kryogenmittel 14, werden der Beförderungskorb 20 und daher die Gegenstände 12 aus dem isolierten Behälter 16 durch die obere Offnung 18 unter Verwendung des Haltegriffs 22 entfernt.According to the present invention, the carrier basket 20 and hence the articles 12 are immersed in the liquid cryogen 14 so that the articles 12 are submerged in the liquid cryogen 14. The method of the present invention can be carried out under ambient atmosphere conditions. For example, the articles have an initial temperature of about room temperature, usually about 294 degrees K. When the articles are placed in the liquid cryogens, such as liquid nitrogen having a temperature of about 77 degrees K, first film boiling of the liquid cryogen occurs at the outer surfaces of the articles 12, and thereafter nucleate boiling of the liquid cryogen occurs at the surfaces of the articles 12. During nucleate boiling, surface particulate matter, designated by reference numeral 27, is carried from the articles and through openings 24 of the conveyor basket 20 and into the liquid cryogen 14. The surface particulate matter 27 then falls to the bottom of the insulated container 16. In view of this, the conveyor basket 20 is provided with three or more feet 26. In the preferred embodiment, the conveyor basket 20 is provided with four feet 26 (only two of which can be seen in the views of Figures 1 and 2) for supporting the conveyor basket 20 so that the articles 12 are spaced above the bottom of the insulated container 16. Such a support arrangement of the conveyor basket 20 allows the liquid cryogen 14 to contact the underside of the lowest located articles 12 and also allows the surface particulate matter 27 to collect at the bottom of the insulated container 16 and thus at a distance from the articles 12. It should be noted that the method of the present invention is particularly advantageous in the purification of precious metal catalysts such as platinum because the surface particulate matter 27 can be recovered from the bottom of the insulated container 16 at a later time. After nucleate boiling is complete, i.e., the articles 12 are in thermal equilibrium with the cryogen 14, the conveyor basket 20 and hence the articles 12 are removed from the insulated container 16 through the top opening 18 using the handle 22.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß ein Filmsieden bei den äußeren Oberflächen von all den Gegenständen auftritt, bevor ein Blasensieden bei den äußeren Oberflächen von irgendeinem der Gegenstände auftritt. Zum Beispiel kann, falls ein Blasensieden bei den Gegenständen bei dem Boden des Beförderungskorbs 20 auftritt, bevor ein Filmsieden bei den Gegenständen, die bei der Oberseite des Beförderungskorbs 20 gelegen sind, auftritt, der Ansturm von Gas innerhalb des Beförderungskorbs 20 den Oberflächenpartikelstoff aufwärts treiben, so daß die zentral in dem Korb 20 gelegenen Gegenstände nicht gereinigt werden oder mit einer Ablagerung eines Oberflächenpartikelstoffs bedeckt werden, die größer als die Bedeckung ihrer Oberflächen vor der Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Dies kann auftreten, indem der Korb 20 und daher die Gegenstände 12 bei einer zu geringen Rate in das flüssige Kryogenmittel 14 eingetaucht werden. Zusätzlich zu dem Vorhergehenden wird die oben erwähnte Abfolge eines Filmsiedens gefolgt von einem Blasensieden nicht auftreten in dem Fall, daß die Gegenstände 12 vor einem Eintauchen in das Bad des flüssigen Kryogenmittels bei einer zu niedrigen Anfangstemperatur vorliegen. Wie vorher erwähnt ist, wird beabsichtigt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung normalerweise bei Raumtemperatur ausgeführt wird, wobei die Gegenstände 12 eine Anfangstemperatur im Bereich der Raumtemperatur aufweisen. Somit wird bei der normalen Verwendung der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Temperaturspanne zwischen der Anfangstemperatur der Gegenstände 12 und eines flüssigen Kryogenmittels, wie zum Beispiel Stickstoff, vorliegen, um ein Filmsieden des flüssigen Kryogenmittels bei den Oberflächen aller Gegenstände 12 zu erzeugen, bevor das flüssige Kryogenmittel ein Blasensieden bei den Oberflächen von irgendeinem der Gegenstände 12 durchläuft, falls die Gegenstände 12 umgehend, wie oben angezeigt ist, eingetaucht werden. Es ist jedoch möglich, das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei niedrigeren Temperaturen, aber nicht niedriger als etwa 200 Grad K, auszuführen. Alternativ ist es ebenfalls möglich, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung als ein Zusatz zu einem anderen Verfahren ausgeführt werden könnte, in welchem die Gegenstände 12 eine Anfangstemperatur von unterhalb 200 Grad K aufweisen. In solch einem Fall müßte man die Gegenstände 12 auf eine Temperatur von oberhalb 200 Grad K erwärmen, um sicherzustellen, daß die Anfangstemperatur der Gegenstände genügt, um die Abfolge eines Filmsiedens gefolgt von einem Blasensieden, die oben erwähnt ist, zu erzeugen.According to the method of the present invention, it is important that film boiling occur on the outer surfaces of all of the articles before nucleate boiling occurs on the outer surfaces of any of the articles. For example, if nucleate boiling occurs on the articles located at the bottom of the conveyor basket 20 before film boiling occurs on the articles located at the top of the conveyor basket 20, the rush of gas within the conveyor basket 20 may drive the surface particulate matter upwards so that the articles located centrally in the basket 20 are not cleaned or are covered with a deposit of surface particulate matter greater than the coverage of their surfaces prior to carrying out the process of the present invention. This can occur by immersing the basket 20 and hence the articles 12 in the liquid cryogen 14 at too low a rate. In addition to the foregoing, the above-mentioned sequence of film boiling followed by nucleate boiling will not occur in the event that the articles 12 are at too low an initial temperature prior to immersion in the bath of liquid cryogen. As previously mentioned, it is intended that the process of the present invention will normally be carried out at room temperature with the articles 12 having an initial temperature in the region of room temperature. Thus, in normal use of the present invention, there will be a sufficient temperature span between the initial temperature of the articles 12 and a liquid cryogen, such as nitrogen, to produce film boiling of the liquid cryogen at the surfaces of all of the articles 12 before the liquid cryogen undergoes nucleate boiling at the surfaces of any of the articles 12 if the articles 12 are immediately immersed as indicated above. However, it is possible to practice the process of the present invention at lower temperatures, but not lower than about 200 degrees K. Alternatively, it is also possible that the process of the present invention could be practiced as an adjunct to another process in which the articles 12 have an initial temperature of below 200 degrees K. In such a case, one would have to heat the articles 12 to a temperature above 200 degrees K to ensure that the initial temperature of the articles is sufficient to produce the sequence of film boiling followed by nucleate boiling mentioned above.

Wie vorher erwähnt ist, ist es schwierig, viele Materialien zu trocknen, oder sind viele Materialien gegenüber Feuchtigkeit empfindlich. Wenn der Korb 20 und daher die Gegenstände 12 aus dem flüssigen Kryogenmittel 14 und dem isolierten Behälter 16 entfernt werden, wird atmosphärische Feuchtigkeit dazu neigen, auf den äußeren Oberflächen der Gegenstände zu kondensieren. Um dies zu verhindern, wird nach einer Entfernung des Beförderungskorbs 20 aus dem isolierten Behälter 16 der Beförderungskorb 20 innerhalb eines Behälters 28 mit einem beweglichen bzw. abnehmbaren Paßdeckel 30 positioniert. Im Fall poröser Materialien, wie zum Beispiel einem Zeolith- und Kohlenstoff-Molekularsiebmaterial, wird, während sich die Gegenstände 12 wieder auf Raumtemperatur erwärmen, die gasförmige Form eines Kryogenmittels 14 von den Gegenständen 12 desorbieren, den Behälter 28 füllen und unterhalb des Deckels 30 aus dem Behälter 28 lecken bzw. austreten, wie durch Pfeile 31 angezeigt wird. Dies wird innerhalb des Behälters 28 eine trockene Atmosphäre im wesentlichen frei von Luft und daher von Feuchtigkeit, die in der Luft enthalten ist, erzeugen. Als eine Folge wird, während sich die Gegenstände 12 auf Raumtemperatur erwärmen, auf den Oberflächen der Gegenstände 12 keine Kondensation stattfinden. Im Fall, daß die Gegenstände 12 spiegelähnliche Oberflächen aufweisen, die nicht porös sind und nicht leicht benetzt werden, kann wahlweise ein Einlaßrohr 32 in dem Boden des Behälters 28 für den Eintritt trockener, gasförmiger Materialien, wie zum Beispiel Stickstoff oder trockener Luft, bei Drucken oberhalb eines Atmosphärendruckes bei dem Offnen eines Einlaßventils 34 vorgesehen werden. In einer ähnlichen Weise wie beim desorbierten Stickstoff, der die feuchtigkeitsfreie Umgebung erzeugt, würde der gasförmige Stickstoff oder die trockene Luft die Atmosphärenluft durch Lecken bzw. Austreten aus dem Behälter 28 unterhalb des Deckels 30 verdrängen, um eine feuchtigkeitsfreie Umgebung zu erzeugen, in der sich die Gegenstände 12 ohne eine Kondensation von atmosphärischer Feuchtigkeit erwärmen können.As previously mentioned, many materials are difficult to dry or are sensitive to moisture. When the basket 20 and hence the articles 12 are removed from the liquid cryogen 14 and the insulated container 16, atmospheric moisture will tend to condense on the outer surfaces of the articles. To prevent this, after removal of the carrier basket 20 from the insulated container 16, the carrier basket 20 is positioned within a container 28 with a movable or removable fitting cover 30. In the case of porous materials, such as zeolite and carbon molecular sieve material, as the articles 12 warm back to room temperature, the gaseous form of a cryogen 14 is released from the articles 12, fill the container 28 and leak out of the container 28 below the lid 30 as indicated by arrows 31. This will create a dry atmosphere within the container 28 substantially free of air and hence moisture contained in the air. As a result, as the articles 12 warm to room temperature, no condensation will occur on the surfaces of the articles 12. In the event that the articles 12 have mirror-like surfaces which are non-porous and do not easily wet, an inlet tube 32 may optionally be provided in the bottom of the container 28 for the entry of dry gaseous materials such as nitrogen or dry air at pressures above atmospheric pressure upon opening of an inlet valve 34. In a similar manner to the desorbed nitrogen creating the moisture-free environment, the gaseous nitrogen or dry air would displace the atmospheric air by leaking from the container 28 beneath the lid 30 to create a moisture-free environment in which the articles 12 can heat without condensation of atmospheric moisture.

Es ist zu betonen, daß der Beförderungskorb 20 aus dem isolierten Behälter 16 bei einer genügend langsamen Rate entfernt werden sollte, um zuzulassen, daß das flüssige Kryogenmittel 14 aus dem Beförderungskorb 20 und zurück in das Bad des flüssigen Kryogenmittels läuft bzw. abtropft, um einen Verlust an flüssigem Kryogenmittel 14 zu verhindern. Jedoch kann in dem Fall, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer atmosphärischen Umgebung ausgeführt wird, dann eine solch langsame Entfernungsrate bewirken, daß atmosphärische Feuchtigkeit auf den Gegenständen 12 kondensiert. Um dies zu verhindern, sollte der isolierte Behälter 16 hoch genug sein, so daß, wenn der Beförderungskorb 20 aus dem flüssigen Kryogenmittel 14 vollständig entfernt ist, der Beförderungskorb 20 sich unterhalb des Pegels der oberen Offnung 18 des isolierten Behälters 16 befinden wird. Der Raum zwischen der oberen Offnung 18 und der oberen Oberfläche des flüssigen Kryogenmittels 14 wird selbst eine andere feuchtigkeitsfreie Umgebung, in der das flüssige Kryogenmittel 14 von dem Beförderungskorb 20 abtropfen kann, wegen eines beim Sieden gelösten Kryogenmittels bilden, das den Raum füllt und dadurch Luft aus einem derartigen Raum verdrängt. Wie eingesehen werden kann, kann in dem Fall, daß ein Verlust eines flüssigen Kryogenmittels 14 unwichtig ist, das Vorhergehende beim Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weggelassen werden.It should be emphasized that the carrier basket 20 should be removed from the insulated container 16 at a sufficiently slow rate to allow the liquid cryogen 14 to drain from the carrier basket 20 and back into the liquid cryogen bath to prevent loss of liquid cryogen 14. However, in the event that the method of the present invention is carried out in an atmospheric environment, then such a slow rate of removal may cause atmospheric moisture to condense on the articles 12. To prevent this, the insulated container 16 should be high enough so that when the carrier basket 20 is completely removed from the liquid cryogen 14, the carrier basket 20 will be below the level of the top opening 18 of the insulated container 16. The space between the upper opening 18 and the upper surface of the liquid cryogen 14 will itself form another moisture-free environment in which the liquid cryogen 14 can drip from the conveyor basket 20 due to boiling dissolved cryogen filling the space and thereby displacing air from such space. As can be appreciated, in the event that loss of liquid cryogen 14 is unimportant, the foregoing can be omitted in practicing the method of the present invention.

Claims

1. A method for cleaning objects (12) by removing a surface particulate matter (27) from the objects (12), the method being characterized by the steps of:

the articles (12) are immersed in a bath of liquid cryogen (14) in which the liquid cryogen (14) first undergoes film boiling and then undergoes nucleate boiling at the surfaces of the articles (12) due to a temperature range between a boiling point temperature of a cryogen and a temperature of the articles upon immersion and the surface particulate matter (27) is carried or removed from the articles (12) during nucleate boiling of the liquid cryogen;

the articles (12) are removed from the bath of liquid cryogen (14) after the articles (12) have reached thermal equilibrium with the liquid cryogen (14);

the articles (12) are immersed at a rate sufficient so that film boiling of the liquid cryogen occurs at surfaces of all the articles (12) before nucleate boiling of the liquid cryogen (14) occurs at the surfaces of any of the articles (12) and

the articles (12) are supported while immersed in the bath of liquid cryogen (14) so that the articles (12) are above the bottom of the bath of liquid cryogen (14) and therefore the surface particulate matter falls freely from the articles.

2. A method according to claim 1, characterized by providing a substantially moisture-free environment; conveying the articles (12) from the bath of liquid cryogen (14) into the substantially moisture-free environment after the articles (12) are removed from the bath of liquid cryogen (14); and

heating the articles (12) in the substantially moisture-free environment so that moisture will not condense on the outer surfaces of the articles (12).

3. A method according to claim 2, characterized in that the articles (12) contain a porous pelletized material which absorbs the liquid cryogen (14);

the substantially moisture-free environment is formed within a container (28) at an atmospheric temperature;

the objects (12) are placed or arranged within the container (28); and

the container (28) is covered with a movable fitting lid (30) whereby, as the articles (12) heat, a gaseous cryogen desorbs from the pelletized material, fills the container (28) and leaks from the container (28) beneath the lid (30) to create the substantially moisture-free environment within the container (28) in which the articles (12) can heat to an atmospheric temperature.

4. A method according to claim 2, characterized in that the objects (12) have mirror-like surfaces which are non-porous and non-wetted;

the substantially moisture-free environment is formed within a container (28) having a bottom opening for the entry of a dry gas at a pressure above atmospheric pressure;

the dry gas is sent into the container (28) through its bottom opening;

the objects (12) are placed or arranged within the container (28); and

the container (28) is covered with a movable or removable fitting lid (30) whereby the dry gas fills the container (28) and leaks from the container (28) beneath the lid (30) to form the substantially moisture-free environment within the container (28).

5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized by providing the bath of liquid cryogen (14) by pouring liquid nitrogen into an insulated container (16).

6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that if the temperature of the articles (12) prior to immersion is not sufficient to produce the temperature range between a boiling point temperature of a cryogen and the temperature of the articles upon immersion required to effect sequentially film boiling followed by nucleate boiling of the liquid cryogen; the method further includes heating the articles (12) prior to immersion to a temperature sufficiently above the boiling point temperature of the cryogen such that upon immersion the temperature of the articles will be sufficient to produce the temperature range required to effect sequentially film boiling followed by nucleate boiling of the liquid cryogen.